Implementação de um esquema de convecção rasa no BRAMS: Análise sobre o continente

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1 Implemenação de um esquema de convecção rasa no BRAMS: Análise sobre o coninene Soeânia S. OLIVEIRA 1, Enio P. SOUZA 2, Taciana L. ARAUJO 1, Fabiane R. C. DANTAS 1 1 Douoranda em Meeorologia pela Universidade Federal de Campina Grande UFCG, Campina Grande, PB. soeania@yahoo.com.br 2 Prof. Dr. Deparameno de Ciências Amosféricas, Universidade Federal de Campina Grande UFCG, Campina Grande, PB. ABSTRACT: In his work, a parameerizaion scheme for shallow-mulus convecion based on a firs-order closure for urbulence is implemened in he BRAMS model. The main fos of he sudy is he nocurnal convecion. We performed several experimens varying he deep-convecion parameerizaion ype in order o es he sensiiviy of he new scheme o deep-convecion. The model was run for a 96-hours period, saring a 00:00 UTC of 23 Mar The analysis was fosed on a coninenal area. Resuls show a more eviden impac in he firs hree day of simulaion. In general he impac of he nocurnal shallow convecion was more remarkable when he Grell scheme was used, in comparison wih he Kuo-ype scheme. Key words: Nocurnal shallow convecion. Parameerizaion. BRAMS. 1 INTRODUÇÃO As primeiras enaivas de incorporar os efeios da convecção nos modelos numéricos de simulação e previsão do empo surgiram na década de 1960, desde enão vários esquemas foram proposos. Tiedke e al. (1988) realizaram mudanças no código da paramerização de convecção de cúmulos rasos e profundos do modelo do ECMWF e observaram que as melhorias nas previsões para regiões ropicais devem-se principalmene à redução dos erros sisemáicos como resposa a um forçameno adiabáico mais realisa nos rópicos, resulane da paramerização de cúmulos rasos. Souza (1999) propôs um esquema do ipo fluxo de massa, combinando o modelo de nuvens proposo por Arakawa e Schuber (1974), e o princípio da convecção como uma máquina érmica sugerido por Rennó e Ingerssol (1996). Li e al. (2007) invesigando melhorias para simulação de clima com modificações no esquema de paramerização conveciva de Tiedke (1989) no pono de grade do modelo amosférico IAP LASG (GAMIL), propuseram, para reduzir as endências sisemáicas, várias modificações nesse esquema e verificaram que a precipiação, a emperaura, a umidade específica e a variabilidade ineranual foram melhoradas nas simulações geradas pelo modelo com o uso desas modificações no esquema. Assim, endo em visa a imporância e influência dos cúmulos rasos para os processos amosféricos, ese rabalho eve como objeivo principal invesigar o impaco da implemenação de uma nova opção de paramerização de convecção rasa no Modelo BRAMS. Para isso foi implemenado no modelo o esquema proposo por Tiedke e al. (1988). 2 MATERIAL E MÉTODO De acordo com Tiedke e al. (1988) as equações para energia esáica seca, para umidade específica e para coneúdo de água líquida da nuvem podem ser escrias, respecivamene, da seguine forma:

2 s s' ) + L( C E) (1) q q' ) ( C E) (2) l l' ) + ( C E) (3) em que s = energia esáica seca, q = umidade específica, l = água líquida da nuvem, C e E são as axas de condensação e evaporação, respecivamene. Considerando que ( l ) para convecção e cúmulos rasos é ipicamene pequeno, em-se: C E = l') (4) Assim, o efeio da convecção de cúmulos rasos pode ser descrio por: s = ρk ( s Ll) z (5) q = ρk ( q + l) z (6) Tiedke e al. (1988) propõe que o coeficiene de difusão urbulena K seja: K K = K RH 0.8 = ΔRH 0.2 camada de nuvem aiva camada de inversão qualquer oura pare em que K 0 = 10 m 2 s -1, RH é a umidade relaiva (enre 0 e 1) abaixo da camada de inversão e RH é o acréscimo da umidade relaiva pela inversão. O novo esquema de paramerização de convecção rasa foi inserido no código do BRAMS, versão 4.2, uilizando linguagem de programação Forran 90. Após sua implemenação uma sucessão de rodadas foram realizadas. Os resulados mais saisfaórios foram obidos para K = 1,5 m 2 s -1 para as duas primeiras camadas, K = 2,0 m 2 s -1 nas camadas inermediárias e K = 0,5 m 2 s -1 nas duas úlimas camadas. Como criério de aivação, as nuvens foram condicionadas a erem suas bases abaixo de 1 km e a profundidade inferior a 600 m. Esse criério foi esipulado aleaoriamene para garanir

3 apenas a aivação de nuvens nournas sobre o coninene. O modelo foi iniciado a 00:00 UTC do dia 23 de março de 2004 e inegrado por um período de 96 horas. Os experimenos com a nova paramerização de convecção rasa aivada foram realizados uilizando resolução de grade de 20 km, sendo primeiro com a paramerização de convecção profunda do ipo Grell (ECR2G) e o segundo com a do ipo Kuo (ECR2K). 3 RESULTADOS E DISCUSSÃO Para uma melhor compreensão do desempenho do novo esquema de paramerização de convecção rasa ao longo da simulação, médias de alguns parâmeros caracerísicos do esquema foram obidas a parir de uma área de 2 x 2 graus, siuada sobre grande pare do esado do Ceará e uma pequena porção do esado do Piauí. Serão apresenados aqui ciclos diários medios das endências de emperaura e de umidade em virude da convecção rasa. Tem-se na Figura 1 o ciclo diário medio da endência de emperaura para o experimeno ECR2G, onde é possível observar que as regiões de aquecimeno máximo ocorrem por vola dos 800 m nos rês primeiros dias de simulação e em orno dos 1000 m no úlimo dia. Já as regiões de máximo resfriameno ocorrem em orno dos 1300 m nos dois primeiros dias e por vola dos 1600 m no úlimo dia. Tano os valores de máximo resfriameno quano os de máximo aquecimeno são observados por vola das 6 UTC (Coordinaed Universal Time), aproximadamene 3 HL (horas local), para os quaro dias de simulação do modelo. Verifica-se na Figura 2, que raz a endência de umidade, a exisência de uma simeria, em ermos de sinal, em comparação à endência de emperaura mosrada na Figura 1. Tal fao pode ser explicado devido a regiões de aquecimeno corresponderem a regiões de secagem e regiões de resfriameno a regiões de umedecimeno. Além disso, não é possível visualizar regiões de umedecimeno nos dois úlimos dias. O aprofundameno observado na pare superior dos ciclos de endência de emperaura e umidade, principalmene no primeiro dia, é devido ao fao de a noie as nuvens enderem a ser mais rasas que durane o dia. Iso mosra que o esquema aqui apresenado aua, principalmene, durane o período nourno (da forma como é definido pela condição de acionameno). Na Figura 3 é visualizado o ciclo diário medio da endência de emperaura para o experimeno ECR2K, onde verifica-se que as regiões de aquecimeno bem com as de resfriameno aconecem em níveis bem mais baixos que as obidas no experimeno ECR2G. As regiões de aquecimeno máximo, nese caso, ocorrem em orno dos 200 m nos rês primeiros dias, não sendo possível visualiza-lá no úlimo dia. Já as regiões de máximo resfriameno são visíveis acima dos 450 m em odos os dias. No enano, o segundo dia orna-se mais significaivo que os demais por apresenar ciclos disinos ano para regiões de aquecimeno como de resfriameno e jos valores máximos ocorrem por vola das 5 HL. A endência de umidade para o experimeno ECR2K é visualizada na Figura 4. Não é possível verificar a exisência de uma simeria, em ermos de sinal, quando se compara esa figura a Figura 3. Conudo, a endência de umidade é mais represenaiva nos dia 24 e 25, com valores máximos ocorrendo por vola das 7 HL e das 2 HL, respecivamene. As regiões de umedecimeno e secagem para ese experimeno ocorrem em níveis mais baixos que as obidas no experimeno ECR2G (Figura 1). Nese caso, os resulados sugerem, que há uma sensibilidade significaiva do esquema implemenado em relação ao ipo de paramerização de convecção profunda usado.

4 Figura 1 Tendência de emperaura (ºC/dia) devido à convecção rasa para o experimeno ECR2G, ao longo do período de inegração do modelo. Figura 2 Tendência de umidade [g/(kg.dia)] devido à convecção rasa para o experimeno ECR2G, ao longo do período de inegração do modelo. Figura 3 Tendência de emperaura (ºC/dia) devido à convecção rasa para o experimeno ECR2K, ao longo do período de inegração do modelo. Figura 4 Tendência de umidade [g/(kg.dia)] devido à convecção rasa para o experimeno ECR2K, ao longo do período de inegração do modelo. Os resulados obidos sugerem que a convecção rasa nourna influencia direamene os processos amosféricos, e por isso deve fazer pare dos mecanismos a consar nos modelos de mesoescala. No enano, é conveniene er-se cauela em relação ao ipo de paramerização de convecção profunda usada em associação a ese esquema endo em visa que, para alguns parâmeros analisados, os resulados mosraram uma grande sensibilidade de experimeno para experimeno. 4 CONCLUSÕES O impaco da convecção rasa nourna sobre as endências de emperaura e de umidade foi mais significaivo nos rês primeiros dias de simulação, endo em visa que nesses dias foram enconrados ciclos diurnos bem definidos com valores siméricos, em ermos de sinal, ocorrendo em média acima da base das nuvens cúmulos para o experimeno ECR2G.

5 Os resulados obidos no experimeno ECR2K mosraram ciclos de endência de emperaura e de umidade formados em níveis muio baixo comparados aos enconrados no experimeno ECR2G. De forma geral, o impaco da convecção rasa nourna sobre os parâmeros analisado, foi mais expressivo quando o modelo foi inegrado com a paramerização de convecção profunda do ipo Grell. 5 AGRADECIMENTOS Os auores agradecem a UFCG, ao CNPq e a CAPES pelo supore a exeção dese rabalho. 6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ARAKAWA, A. SCHUBERT, W.H. Ineracion of a mulus cloud ensemble wih he larger-scale environmen. Par I. Journal of he Amospheric Sciences, v. 31, p , LI, LJ. WANG, B. WANG, Y. WAN, H. Improvemens in climae simulaion wih modificaions o he Tiedke convecive parameerizaion in he grid-poin amospheric model of IAP LASG (GAMIL). Advances in Amospheric Sciences, v. 24, nº 2, p , RENNÓ, N.O. INGERSSOL, A.P. Naural convecion as a hea engine: A heory for CAPE. Journal of he Amospheric Sciences, v. 53, p , SOUZA, E.P. Esudos eóricos e numéricos da relação enre convecção e superfície heerogêneas na região Amazônica. 121 f. Tese (Douorado em Meeorologia) Universidade de São Paulo, TIEDTKE, M. HECKLEY, W. A. SLINGO, J. Tropical forecasing a ECMWF: On he influence of physical parameerizaion on he mean srucure of forecass and analyses. Quarerly Journal of he Royal Meeorological Sociey, v. 114, p , TIEDTKE, M. A comprehensive mass flux scheme for mulus parameerizaion in largerscale model. Monly Wearher Review, v.117, p , 1989.